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TESIS PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN MECATRÓNICA
TEMA: “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA HOT-PLATE PARA EL PROCESAMIENTO DE
SUSTANCIAS QUÍMICAS, UTILIZANDO LÓGICA DIFUSA PARA EL CONTROL DE VELOCIDAD Y TEMPERATURA,
DESTINADA A BIOTECNOLOGÍA”.
AUTORES:
LOACHAMÍN IZA, HENRY DAVID
ÑAUÑAY PUENTE, DIEGO FERNANDO
DIRECTOR: ING. TERNEUS, FRANCISCO
CODIRECTOR: DRA. PROAÑO, KARINA
SANGOLQUÍ, JULIO 2015
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
ÍNDICE
Generalidades, objetivos y alcance del proyecto
Marco teórico
Diseño y simulación de equipo Hot Plate
Construcción e implementación de los sistemas del Hot Plate
Pruebas de funcionamiento
Análisis económico
Conclusiones y Recomendaciones
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
ÍNDICE
Generalidades, objetivos y alcance del proyecto
Marco teórico
Diseño y simulación de equipo Hot Plate
Construcción e implementación de los sistemas del Hot Plate
Pruebas de funcionamiento
Análisis económico
Conclusiones y Recomendaciones
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
ANTECEDENTES• La demanda tecnológica en la
industria ecuatoriana ha incentivado a
los pequeños talleres metalmecánicos
y eléctricos a innovar y generar
desarrollo técnico en el país a
pequeña escala
• “El cambio de la Matriz Productiva”
GENERALIDADES, OBJETIVOS Y ALCANCE
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
Planteamiento del problema
Adquisición de equipo tecnológico actualizado
Importación de la tecnología de otros países
La falta de control de temperatura provoca derrame del fluido
Hot Plate
Agitación Controlada
Calentamiento controlado
Interfaz amigable
Protección contra
derrames
Se requiere
GENERALIDADES, OBJETIVOS Y ALCANCE
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA
Equipos de última generación
Garantizar los resultados que se obtienen en las investigaciones
Herramientas de calidad para la
invetigación
Permitir el control de variables
Nueva tecnología con requerimientos de
funcionamiento precisos
GENERALIDADES, OBJETIVOS Y ALCANCE
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DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
OBJETIVOSGENERAL:
• Diseñar y construir una máquina Hot-Plate con sistemas de calentamiento, agitación y de
temporización, para el procesamiento de sustancias químicas, utilizando lógica difusa y arduino para
su control
ESPECÍFICOS:
• Dimensionar y diseñar los sistemas mecánicos, eléctricos y electrónicos que permitan el correcto
funcionamiento de los elementos de control de Temperatura y Velocidad de la máquina Hot-Plate.
• Automatizar el sistema a través de un controlador difuso que permita controlar las variables de
temperatura y velocidad que se requieren en el sistema.
• Delinear e implementar una interfaz digital que permita el ingreso y la visualización de cada uno de
las variables y parámetros sensados por el equipo.
• Desarrollar un sistema de alarmas auditivas y de mensajes de alerta, que sean amigables con el
usuario del equipo con el fin de prevenir posibles accidentes y desperdicios de reactivos.
GENERALIDADES, OBJETIVOS Y ALCANCE
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DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
ALCANCE Aportar al desarrollo
tecnológico de país
Realizar un equipo de bajo costo
Con funcionalidad de agitación
Con funcionalidad
de calentamiento
Monitoreo y control de variables
importantes
GENERALIDADES, OBJETIVOS Y ALCANCE
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
ÍNDICE
Generalidades, objetivos y alcance del proyecto
Marco teórico
Diseño y simulación de equipo Hot Plate
Construcción e implementación de los sistemas del Hot Plate
Pruebas de funcionamiento
Análisis económico
Conclusiones y Recomendaciones
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
INTRODUCCIÓN
MARCO TEÓRICO
Instrumentos específicos
Biotecnología, rama que se ha desarrollado en los últimos años.
Hot-Plate
Calentar y Agitar
1940Arthur
Rosinger
1970Salvador Bonet
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DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
Medios de Cultivo
MARCO TEÓRICO
Proción de planta
(explante)Aislarla
Proporcionar
artificialmente
Condiciones Físicas
Químicas
Desarrollo Potencial intrínseco o inducido
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DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
SISTEMAS DE CONTROL
Herramientas y componentes individuales
Tomar decisiones con respecto a las variables
Mantener a las variables en
determinados valores de operación
Funcionamiento correcto y óptimo
de un sistema
Componentes de un sistema de control
Controlador PlantaObjetivos
de controlResultados
Sistema de control
Set pointVariable
manipulada
Perturbaciones
Variable
controlada
MARCO TEÓRICO
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
Clasificación de los sistemas de control
Controlador Planta
Sistema de control en lazo abierto
Variable
Manipulada “u”Set point “r”
Variable
controlada “y”
• Estructura de un sistemas de control en lazo abierto
• Estructura de un sistemas de control en lazo cerrado
Sistema de control en lazo cerrado
Controlador Planta
Sensor
Set point “r”Variable
Manipulada “u”
Salida del
sistema
Variable
controlada “y”
Error “e”+
-
MARCO TEÓRICO
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DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
Clasificación de los sistemas de control
• Sistemas tipo SISO
• Sistemas tipo MIMO
MARCO TEÓRICO
Sistema de
control
Sistema de control tipo SISO
Entrada Salida
Sistema de
control
Sistema de control tipo MIMO
Entrada 1 Salida 1
Entrada 2 Salida 2
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DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
SISTEMAS DE CONTROL DIFUSO
MARCO TEÓRICO
• “A medida que la complejidad de un sistema aumenta, la capacidad del ser humano para hacer declaraciones precisas y significativas sobre su comportamiento disminuye hasta alcanzar un umbral más allá del cual la precisión y la importancia se vuelven mutuamente características exclusivas” (Lotfi Zadeh, 1965).
Problema
• “Cuanto más cerca se mira a un problema del mundo real, más borrosa se convierte su solución” Solución
• La lógica difusa permite valores intermedios para definir valores convencionales como si o no, verdadero o falso, negro o blanco, entre otros.Principio
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Ventajas del control difuso
MARCO TEÓRICO
La lógica difusa trata de imitar la lógica del
ser humano
No es necesario el modelamiento del sistema a controlar
Lógica sencilla de control robusto
Variables lingüísticas
• El control adopta valores como: “más caliente” o “menos frío”
Ecuación Matemática
• No es necesario representar al sistema con una ecuación
Sistemas • SISO
• MIMO
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Elementos del control difuso
• Un conjunto difuso, es una
agrupación de elementos que reúnen
características de asociación
similares.
• De forma matemática, un conjunto
difuso [A], perteneciente al universo
[U], es un conjunto de pares
ordenados de un elemento genérico
[u] con su respectivo grado de
membresía [µA(u)] (Membership)
MARCO TEÓRICO
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DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
Elementos del control difuso
TIPOS DE FUNCIONES DE MEMBRESÍA
• Lineal por tramos (triangular y trapezoidal)
• Cuadrática
• Gaussiana de acuerdo con la fórmula:
μ (x) = exp (−((x − μ) / σ) 2)
• Algunas funciones especiales
MARCO TEÓRICO
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Fusificación Reglas difusas
• El diseñador del sistema de control difuso,
debe conocer la relación entre las variables de
entrada y salida para poder diseñar el
controlador.
• La variable controlada pasa a tener un grado
de pertenencia en uno o más funciones de
membresía
MARCO TEÓRICO
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Defusificación
• Es el proceso en el que se convierte una
cantidad difusa a una cantidad escalar
precisa
• Existen varias teorías matemáticas para
este proceso. La mas utilizada en control
es el método del centroide
𝑧∗ = 𝑢𝐶 𝑧 ∙ 𝑧 𝑑𝑧
𝑢𝐶 𝑧
MARCO TEÓRICO
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Controladores difusos
• Motor de interferencia de un controlador difuso
MARCO TEÓRICO
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Controladores difusos
Entrada
difusa
Funciones de
membresía
de salida
Funciones de
membresía
de entradaTabla de reglas
Salida
difusa
Salida
escalar
Reglas de fusificación
Motor de
interferenciaDefusificaciónFusificación
Proceso bajo
control
Controlador
Entrada
escalar
• Estructura de un controlador difuso
MARCO TEÓRICO
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Controladores difusos
• Estructura de un controlador difuso en lazo abierto
Factores de
ajusteFusificación
Sistema de control difuso en lazo abierto
EntradasInterferencia
Reglas de
fusificaciónBase de datos
Defusificación Planta
MARCO TEÓRICO
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Controladores difusos
• Estructura de un controlador difuso en lazo cerrado
Factores de
ajusteFusificación
Sistema de control difuso en lazo cerrado
Factores de ajuste
en la salida
Interferencia
Reglas de
fusificaciónBase de datos
Sistema de sensado
e instrumentación
Defusificación Planta
MARCO TEÓRICO
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DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
SISTEMAS MECÁNICOS
MARCO TEÓRICO
Termodinámica y Transferencia
de Calor
Mayor a menor
Equilibrio
Primera y segunda ley de la
termodinámica
Diferencial de
temperatura
Primera Ley de la Termodinámica
Sistema energético en operación estacionaria
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Balance de energía en la superficie
MARCO TEÓRICO
SuperficieNo contiene
VolumenNo posee
Masa
Ficticio Energía
constante
No genere calor
Únicamente transferencia
Transferencia de Calor
Conducción Convección Radiación
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MARCO TEÓRICO
Conducción
Transferencia de energía
Mas energéticas hacia las
adyacentes menos
energéticas
Conductividad Térmica
Capacidad que tiene un material para conducir el
calor
Convección
Transferir energía calórica
Superficie hacia liquido o gas
Movimiento
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Sistemas Magnéticos
MARCO TEÓRICO
Minerales atraer o repeler
Propiedades magnéticas se concentran en los extremos
Imposible aislar un polo
Líneas de Campo son
cerradas
Ferromagnéticos, Paramagnéticos, Diamagnéticos
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Procesos de manufactura en Chapa Metálica
MARCO TEÓRICO
Operaciones
Punzonado y Troquelado Doblado y Curvado Embutido
Materiales
Acero, aluminio y latón
Características previas
Superficies sin defectos Espesor uniforme Material uniforme
Variedad y Flexibilidad
Carrocerías, muebles y equipos
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SISTEMAS ELÉCTRICOS/ELECTRÓNICOS
MARCO TEÓRICO
Motor a pasos Sistema de resistencias
planas
Arduino
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Protocolo de comunicación I2C
MARCO TEÓRICO
Inter-Integrated
CircuitSDA y SCL
Dirección única
Maestro y Esclavo
Iniciar transmisión y señal de reloj
100 kbits por segundo
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DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
ÍNDICE
Generalidades, objetivos y alcance del proyecto
Marco teórico
Diseño y simulación de equipo Hot Plate
Construcción e implementación de los sistemas del Hot Plate
Pruebas de funcionamiento
Análisis económico
Conclusiones y Recomendaciones
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PARÁMETROS DE DISEÑO
DISEÑO Y SIMULACIÓN
Control
Velocidad ±10(RPM)
Temperatura ±3(ºC)
Lógica Difusa
Instrumentación
Dos sensores
Estructura Metálica
Carcaza y Plato
No ser material magnético
Resistente al agua
Acero Inoxidable
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Parámetros de Instrumentación
DISEÑO Y SIMULACIÓN
Comparativos de sensores de temperatura
Plato Térmico
Termocupla
20 a 450 (ºC)
70XKSGD048A WATLOW
Monitoreo de Fluido
PT100
Resistente al agua
Acero inoxidable
20 a 100 (ºC)
RBGL0TA060BB090 WATLOW
Termocupla
PT100
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Parámetros de Funcionamiento
DISEÑO Y SIMULACIÓN
Característica Rango
Plato Térmico [200 a 320] (ºC)
Fluido [60 a 100] (ºC)
Velocidad [10 a 370] (RPM)
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SELECCIÓN DE COMPONENTES
DISEÑO Y SIMULACIÓN
Motor Nema 17
Característica Descripción
Fases 2
Steps/Revolución 200
Exactitud de paso ±5%
Corriente 1.5 A
Voltaje 12 VDC
Potencia 10 W
Peso 230 gramos
Inercia del Rotor 0.057 kg-cm2
Tiempo de vida 20 000 horas a 1 000
R.P.M.
Temperatura de operación -20ºC a +40ºC
Clase de aislamiento B, 130ºC
Driver a4988
Sistema embebido
Arduino Nano
Característica Descripción
Recorrido 2º por
activación
Voltaje de
operación
[8 a 35] (V)
Microsteping OK
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Dimensionamiento de la Resistencia Plana
DISEÑO Y SIMULACIÓN
Característica Valor
Potencia 600 (W)
Espesor (L) 4 (mm)
Área de la base 490 (cm2)
Conductividad Térmica (k) 16 (W/m.ºC)
Temperatura ambiente 20 (ºC)
Coeficiente de calor por convección
(h)
20 (W/m2.ºC
• Transferencia de calor es unidimensional
• Conductividad térmica es constante
• Parte inferior esta aislada
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DISEÑO Y SIMULACIÓN
Flujo uniforme de calor
Ecuación para la variación de la temperatura en el plato
Las temperaturas en las superficies superior e inferior del plato se determinan al hacer las
sustituciones x=0 y x=L, respectivamente.
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DISEÑO Y SIMULACIÓN
Obteniendo
Se concluye que la temperatura máxima que se puede alcanzar es 635.31(ºC) (Ec. 3.12), con una
pérdida de 3.06 (ºC) (Ec. 3.11) en el plato térmico. Es importante mencionar, que la temperatura máxima
del equipo, en forma experimental, pueda ser menor a la calculada teóricamente, debido a que un
porcentaje de calor se pierde por radicación.
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DISEÑO DEL CONTROL DIFUSO
• Plantas de control en el Hot Plate
Plantas de control
Hot-Plate
Temperatura Velocidad
Plato Fluido
DISEÑO Y SIMULACIÓN
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Control de temperatura en el plato
• Plato térmico: [0 2.5] (°C)
DISEÑO Y SIMULACIÓN
Sistema de control difuso de la temperatura en el plato
Controlador
FuzzyPlanta
Termocupla
K
Set Point TCorriente
eléctrica
Salida del
sistema
Temperatura
del Plato
Error T+
-
Diagrama de control en el plato térmico
Funciones de membresía de entrada
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Control de temperatura en el plato
• Plato térmico: [0 2.5] (°C)
DISEÑO Y SIMULACIÓN
Funciones de membresía de salida
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Control de temperatura en el plato• Plato térmico: [0 2.5] (°C)
DISEÑO Y SIMULACIÓN
Superficie de control
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Control de temperatura en el fluido• Fluido: [0 5] (°C)
DISEÑO Y SIMULACIÓN
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Control de temperatura en el fluido• Fluido: [0 5] (°C)
DISEÑO Y SIMULACIÓN
Superficie de control
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Control de velocidad
• Rotación: [100 370] (RPM)
DISEÑO Y SIMULACIÓN
Controlador
fuzzyMotor
Sistema de control de velocidad
Variable
Manipulada
(frecuencia)
Set point
(velocidad)
Variable
controlada
(velocidad)
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Control de velocidad
• Rotación: [100 370] (RPM)
DISEÑO Y SIMULACIÓN
Superficie de control
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DISEÑO ELECTRÓNICO
DISEÑO Y SIMULACIÓN
Circuitos e
lectr
ón
icos Termocupla K
RTD PT100
Driver A4988
Fuentes de alimentación
Botón de emergencia Circu
itos e
léctr
icos
Conmutación AC
Circuito de alarma
Pla
cas e
lectr
ón
ica
s
Placa de control
Placa de potencia
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Circuitos electrónicos
DISEÑO Y SIMULACIÓN
Circuito para la termocupla tipo K Circuito para el RTD PT100
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Circuitos electrónicos
DISEÑO Y SIMULACIÓN
Circuito el driver A4988 y el motor NEMA 17
Fuentes de alimentación
Circuito para el botón de emergencia
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Placa de control
DISEÑO Y SIMULACIÓN
• Bajo la norma IPC-2221
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Circuitos eléctricos
DISEÑO Y SIMULACIÓN
Circuito de control para la resistencia plana
Circuito para la alarma auditiva
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Placa de potencia
DISEÑO Y SIMULACIÓN
• Bajo la norma IPC-2221
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DISEÑO MECÁNICO Y ESTRUCTURAL
DISEÑO Y SIMULACIÓN
Simulación de elementos electrónicos
Elaboración del prototipo en CAD
Cambios en la medida de la estructura o rediseño
• Metodología de diseño
Estructura base
• Estructura: espesor de Chapa metálica de acero
INOX = 1,5 (mm)
• No se someterá a cargas, únicamente deberá
resistir el procesos de soldadura
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Diseño mecánico y estructural
DISEÑO Y SIMULACIÓN
• Estructura base
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Diseño mecánico y estructural
DISEÑO Y SIMULACIÓN
• Tapa principal
• Plato térmico: e = 4 (mm)
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Diseño mecánico y estructural
ELEMENTOS AISLANTES
• Tapa térmica • Tapa térmica principal • Gancho de sostén • Alza
DISEÑO Y SIMULACIÓN
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Diseño mecánico y estructural
• Porta imanes
Simulación del equipo con los elementos electrónicos
DISEÑO Y SIMULACIÓN
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Diseño mecánico y estructural
Vista explosionada del conjunto mecánico
DISEÑO Y SIMULACIÓN
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SISTEMA DE SUJECIÓN MAGNÉTICA
Prueba experimental de la fuerza de atracción magnética
DISEÑO Y SIMULACIÓN
• F = 0,18 (N)
• La fuerza es la suficiente
para permitir la rotación
magnética
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ÍNDICE
Generalidades, objetivos y alcance del proyecto
Marco teórico
Diseño y simulación de equipo Hot Plate
Construcción e implementación de los sistemas del Hot Plate
Pruebas de funcionamiento
Análisis económico
Conclusiones y Recomendaciones
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CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA MECÁNICO
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN
Construcción de la estructura del equipo NOMBRE DE LA
PIEZA
NÚMERO
DE PIEZAS
TIEMPO DE
CONSTRUCCIÓN
(horas)
PLATO TÉRMICO 1 10
ESTRUCTURA
BASE1 35
TAPA PRINCIPAL 1 10
TAPA TÉRMICA
PRINCIPAL2 10
TAPA DE PLATO 1 5
GANCHOS 2 10
ALZAS 4 2
TOTAL 82
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CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA MECÁNICO
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN
Implementación del sistema
magnético de movimiento rotacional
Implementación del motor
Nema 17
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
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IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO Y ELECTRÓNICO
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN
Implementación de la Resistencia
Plana
Implementación de la Pantalla
Táctil y Elementos Electrónicos
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Implementación de la Pantalla Táctil y Elementos Electrónicos
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN
Operación Color
Equipo encendido, sin ejecución Blanco
Control de temperatura del plato Amarillo
Control de temperatura del fluido Azul
Control de agitación Cian
Control de agitación y temperatura del plato Verde
Control de agitación y temperatura del fluido Magenta
Colores del led de acuerdo a la operación del equipo
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Programación de la Interfaz de Usuario
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
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Programación de la Interfaz de Usuario
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
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Programación de la Interfaz de Usuario
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
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IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DIFUSO
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN
• Lectura de los sensores
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
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IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DIFUSO
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN
• Programación del control difuso
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IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DIFUSO
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN
• Programación del control difuso
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IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DIFUSO
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN
RANGOS DE POTENCIA
• Control en el plato • Control en el fluido
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CONEXIÓN DEL SISTEMA
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
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CONEXIÓN DEL SISTEMA
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
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ÍNDICE
Generalidades, objetivos y alcance del proyecto
Marco teórico
Diseño y simulación de equipo Hot Plate
Construcción e implementación de los sistemas del Hot Plate
Pruebas de funcionamiento
Análisis económico
Conclusiones y Recomendaciones
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CURVAS DE FUNCIONAMIENTO
PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO
• Control en el plato
Error máximo de ± 6 (°C)
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CURVAS DE FUNCIONAMIENTO
• Control en el fluido
Error máximo de ± 3 (°C)
PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
CURVAS DE FUNCIONAMIENTO
• Control en el motor
Error máximo de ± 10 (RPM)
PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
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Características finales del equipo
PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
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ÍNDICE
Generalidades, objetivos y alcance del proyecto
Marco teórico
Diseño y simulación de equipo Hot Plate
Construcción e implementación de los sistemas del Hot Plate
Pruebas de funcionamiento
Análisis económico
Conclusiones y Recomendaciones
FUZZY HOT PLATEFUZZY HOT PLATE
DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
ANÁLISIS DE COSTOS
ANÁLISIS ECONÓMICO
Costos directos
• Costos que se relacionen directamente con el producto
Costos indirectos
• Son imprescindibles para que se termine el proyecto y que funcione de manera óptima el equipo
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ANÁLISIS DE COSTOS
ANÁLISIS ECONÓMICO
CONCEPTO COSTO (USD) %
Costos
Directos$ 1,306.52 27%
Costos
Indirectos$ 3,567.62 73%
TOTAL $ 4,874.15
La Universidad de las Fuerzas Armadas – ESPE, de manera específica, la carrera de Ingeniería en
Biotecnología, ahorra en este prototipo alrededor de un 50%, debido a que equipos similares poseen
un costo aproximado de $4,000.00, ya que el costo de mercado del equipo diseñado sería de
$1,830.00, con un margen de ganancia del 40%
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CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
• Se ha diseñado y fabricado un equipo Hot-Plate, con las siguientes características:
voltaje de funcionamiento 110 (VAC), potencia 630 (W) y peso de 8.425 (kg).
• El equipo Hot-Plate permite la agitación y el calentamiento de la sustancia, mediante tres
tipos de funcionamiento: control de temperatura de plato, control de temperatura del
fluido y control de la agitación. Estas opciones pueden trabajar de forma individual o
conjunta.
• El sistema de control utilizado en el diseño del equipo está desarrollado en lógica fuzzy y
ha sido implementado en arduino, un microcontrolador de acceso y desarrollo libre.
• Los rangos de funcionamiento del equipo Hot-Plate en el control de temperatura del plato
son: 200 a 320 (ºC).
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DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
• Los rangos de funcionamiento del equipo Hot-Plate en el control de temperatura del
líquido son: 60 a 100 (ºC).
• Los rangos de funcionamiento del equipo Hot-Plate en el control de velocidad de
agitación son: 10 a 360 (RPM).
• El equipo es funcional y permite eficiencia energética, pues reduce la potencia utilizada
y disminuye los tiempos de funcionamiento, garantizando que el algoritmo de control,
cumple los requerimientos exigidos para el desarrollo del proyecto.
• El diseño estructural del equipo, permite que sea resistente a posibles derrames de
fluidos cuando el equipo está en funcionamiento.
• El diseñó del equipo Hot-Plate, ha permitido implementar nuevas tecnologías,
promoviendo de esta manera un repunte en el desarrollo de equipos en el país,
enmarcado con el avance tecnológico a nivel mundial.
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DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
• El equipo Hot-Plate posee un sistema HMI, completo y de fácil entendimiento, que
permite una fácil interacción con el equipo, en el ingreso de datos y la visualización de
variables en tiempo real.
• El sistema de seguridad implementado, tiene la posibilidad de mostrar avisos a través
de alarmas visuales y auditivas, permitiendo la comunicación al usuario sobre las
alertas, para dar aviso sobre la culminación de una tarea programada en el equipo.
• El uso de materiales con un coeficiente de conductividad térmica alto, permite el ahorro
de tiempo en la transmisión térmica hacia el fluido, haciendo que el sistema tenga una
respuesta más rápida a las acciones de control.
• La selección de elementos se ha hecho de manera correcta, debido a que el
dimensionamiento de los componentes electrónicos han permitido obtener los
resultados esperados en el funcionamiento del equipo.
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DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
• Los planos mecánicos se realizaron según la norma CPE INEN 003, y en concordancia
a las normas de la Universidad de las Fuerzas Armadas – ESPE.
• Una vez realizado el análisis económico y las pruebas de funcionamiento se ha
determinado que, el desarrollo de este proyecto es una gran aportación para la
investigación y desarrollo tecnológico de la Universidad de las Fuerzas Armadas -
ESPE.
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DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015
RECOMENDACIONES
RECOMENDACIONES
• Utilizar las normas de seguridad y precauciones para el manejo de equipos, en el
laboratorio.
• Se recomienda al usuario leer el manual de operación del equipo atentamente, antes de
uso del mismo.
• El equipo ha sido diseñado contra el derramamiento de fluidos. A pesar de ello, es
recomendable prevenir que los fluidos se derramen sobre el equipo para prolongar la
vida útil del equipo.
• Limitar el uso del equipo, permitiendo que la temperatura de la estructura que contiene
los elementos electrónicos no sobrepase 70(°C). Por esta razón, se recomienda utilizar
en intervalos de 2 horas de funcionamiento y 2 horas apagadas para permitir el
enfriamiento de los componentes.
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RECOMENDACIONES
RECOMENDACIONES
• Cuando se movilice el equipo en un periodo largo de tiempo, verificar todas las
conexiones de los distintos componentes eléctricos y electrónicos antes de encender el
equipo, para evitar que se produzcan cortocircuitos.
• Se debe de tomar en cuenta las especificaciones técnicas y rangos de trabajo de los
sensores, para evitar daños en los equipos electrónicos.
• El presente proyecto, ha sido realizado como un acercamiento al desarrollo de equipos
tecnológicos en el país, integrando diversas áreas de investigación, se recomienda
realizar proyectos similares con apoyo de entidades públicas y privadas.
• En base a la investigación realizada en este proyecto se recomienda continuar con el
desarrollo de equipos similares, con lógica difusa.
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DIEGO ÑAUÑAY & HENRY LOACHAMÍN, 2015